AT399272B - Anordnung zur darstellung eines schädels - Google Patents

Description

AT 399 272 B

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Darstellung eines Schädels mit einem optischen Abbildungsystem, das eine Kamera und einen Monitor enthält und mit einem Sensor zur Erfassung der räumlichen Lage des Schädels.

Es ist in der Technik und in der Medizin oftmals erforderlich, die optische Darstellung von Objekten mit 5 zusätzlichen Informationen anzureichern oder verschiedene Darstellungen eines Gegenstandes miteinander zu kombinieren. So ist es beispielweise bei der Durchführung*bestimmter Operationen am menschlichen Körper üblich und notwendig, präoperative Bilder mit intraoperativen Bildern zu vergleichen. Bei diesen Bildern kann es sich um zweidimensionale Röntgenaufnahmen, Tomographien, Ultraschalldarstellungen oder Kernspintomographien handeln. io Um zwei solcher Darstellungen in Übereinstimmung zu bringen ist es nun möglich eine gewisse Anzahl anatomisch charakteristischer Punkte zu identifizieren und deren Koordinaten in den beiden Darstellungen festzustellen. Danach kann man beide Darstellungen in einem einheitlichen Koordinatensystem verwalten. Damit ist es möglich eine der beiden Darstellungen so zu drehen und zu verschieben, daß beide Bilder aus der selben Perspektive und im selben Maßstab angezeigt werden können. Dieser Prozeß wird als 15 "Matching" bezeichnet. Die Identifikation der charakteristischen Punkte ist bei diesem Verfahren aufwendig und fehleranfällig. Außerdem können damit stets nur zwei Einzelbilder ex>post verglichen und dargestellt werden. Ein solches Verfahren ist etwa aus der FR-A 2 545 349 bekannt.

Um nun das Matching zu vereinfachen wurde in früheren Veröffentlichungen vorgeschlagen, am zu untersuchenden Objekt gewisse Markierungen anzubringen, die in beiden Darstellungen sichtbar und leicht 2o identifizierbar sind. Dies können Sonden aus einem passenden Materie sein, deren Positionen auf Röntgenaufnahmen leicht feststellbar sind. Im Fall von optischen Darstellungen kann es sich um Farbmar-kierungen auf der Hautoberfläche handeln. Auch damit ist nur eine ex Post Darstellung zweier Einzelbilder möglich.

Um nun eine optische Darstellung eines Gegenstandes mit anderen Darstellungen, bei denen es sich 25 wie oben erwähnten zweidimensionale Röntgenaufnahmen, Tomographien, Ultraschalldarstellungen oder Kernspintomographien oder dgl. handeln kann, zu kombinieren, ist es gemäß bekannter Verfahren im Prinzip möglich, zunächst ein dreidimensionales Modell der Oberfläche des Körpers zu schaffen und abzuspeichern. Dieses Modell kann nun in der oben erläuterten Weise etwa mit den Daten einer Kernspintomographie gematcht werden. Danach ist es möglich, den Körper aus einer beliebigen Perspekti-30 ve optisch darzustellen und gleichzeitig Daten aus der Tomographie passend einzublenden. Die optische Darstellung wird dabei aus dem Modell errechnet. Ein solches Verfahren ist sehr aufwendig, da sowohl ein großer Speicherplatzbedarf besteht als auch eine enorme Rechnerleistung erforderlich ist. Außerdem ist auch hier keine Darstellung in Echtzeit möglich.

Aus der EP-A 119 660 ist ein System zur Vermessung der Wirbelsäule bekannt, bei dem am Patienten 35 bestimmte Markierungen angebracht werden, worauf dieser gleichzeitig optisch betrachtet und mit Röntgenstrahlen durchleuchtet wird. Eine Bildüberlagerung in Echtzeit ist mit diesem System nicht möglich, da keine datenmäßige Erfassung der Lage interessierender Punkte vorgesehen ist.

Aus der AT-B 384 544 ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung von Körperteilen bekannt. Dabei wird mittels Ultraschallsensoren die jeweilige Lage bestimmt, um die Gelenksbeweglichkeit festzustellen. Es 4o handelt sich dabei jedoch um ein rein rechnerisches Verfahren, das keine bildliche Darstellung erlaubt und deshalb unanschaulich ist.

Der gleiche Nachteil trifft auch für die in der DE-C 34 06 179 beschriebene Vorrichtung zu.

Die US-A 4,197,855 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung der Bewegung des menschlichen Unterkiefers, bei der ein winkelförmiger Permanentmagnet zur Bestimmung der räumlichen Position dient. 45 Auch hier ist eine bildgebende Weiterverarbeitung nicht vorgesehen.

Aus der DE-A 38 07 578 ist es bekannt, einzelne Punkte auf einem menschlichen Kopf mit Hilfe von Videokameras zu vermessen. Die zu vermessenden Punkte werden dabei gemeinsam mit am Kopf angebrachten Bezugspunkten in einem stehenden Bild aufgenommen und elektronisch erfaßt. Eine optische Darstellung ist nicht einmal für stehende Einzelbilder vorgesehen. Umso weniger ist eine Darstellung in so Echtzeit nahegelegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Anordnung schaffen, die es in einfacher Weise ermöglicht, optische Darstellungen in anschaulicher Weise mit anderen Daten zu kombinieren und in übersichtlicher Weise darzustellen.

Diese Aufgabe wird dadurch in nicht naheliegender Weise gelöst, daß ein Computer vorgesehen ist, der 55 dazu ausgebildet ist, ein räumliches Datenfeld wie etwa die Position anatomisch charakteristischer Punkte eine Röntgentomographie oder dergl. der jeweiligen Lage des Schädels zuzuordnen, um dieses Datenfeld lagerichtig gemeinsam mit einer optischen Darstellung am Monitor simultan und vorzugsweise überlagert darzustellen. 2

AT 399 272 B

Wesentlich an der Erfindung ist, daß die Erfassung der Position des Schädels mittels Sensoren erfolgt, das heißt in einer Weise, die maschinell bearbeitbare Koordinaten zur Verfügung stellt. Erst damit ist eine kombinierte Darstellung in Echtzeit, das heißt laufend, ohne merkliche Zeitverzögerung, möglich, die unabhängig von jeglicher Bewegung des Schädels die jeweils passende Ansicht des Datenfeldes bereitstellt.

Vorzugsweise wird als Datenfeld die Position anatomisch charakteristischer Punkte, eine Röntgentomographie oder dgl. verwendet.

Weiters kann vorgesehen sein, daß zur Erfassung der Lage des Schädels ein 3D-Sensor, vorzugsweise ein Magnet-Sensor, fest mit dem Schädel verbunden wird. Mit einem einzigen 3D-Sensor ist es möglich sowohl die drei Koordinaten x, y und z als auch die drei Euler'schen Winkel zu bestimmen.

Insbesondere kann das optische Bild mit der Darstellung des Datenfeldes am Bildschirm überlagert werden.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung besteht ein Teil des darstellbaren Datenfeldes aus einer willkürlich wählbaren gedachten Achse und diese Achse wird durch folgende Schritte gewonnen: - Darstellung des Schädels als stehendes Bild in mindestens zwei Stellungen: - Bereitstellung der Möglichkeit durch den Benutzer das Bild der. Achse in die stehenden Bilder einzuzeichnen, - Berechnung der räumlichen Lage der Achse: - gemeinsame Darstellung der Achse mit dem in Echtzeit beweglich dargestellten Schädel.

Insbesonders kann ein Teil des darstellbaren Datenfeldes aus einem willkürlich wählbaren Koordinatensystem bestehen, dessen Achsen in der oben definierten Art gewonnen werden.

Zusammenfassend besteht die Erfindung im wesentlichen aus einer Vorrichtung zur Darstellung von

Schädeln mit: - einer Kamera; - einem Monitor: - einem Lagesensor, der mit dem darzustellenden Schädel fest verbunden ist und die Bestimmung der jeweiligen Lage des Schädels ermöglicht: - Mitteln, die die gleichzeitige oder alternative Darstellung des optischen Bildes und des Datenfeldes am Monitor ermöglichen. ln der Folge wird die Erfindung anhand der in den Fig. dargestellten Beispielen näher erläutert. Es zeigen schematisch: die Fig. 1 eine Darstellung zur Vermessung von Befunden: die Fig. 2a, 2b und 2c die Verknüpfung von Meßpunkten mit einem Bilddokument: die Fig. 3 ein Gipsmodell und die Fig. 4 die Verknüpfung verschiedener Daten.

Die unterschiedlichen Befunde, wie Röntgenaufnahmen oder Photos des Schädels stellen stets Pojek-tionen dreidimensionaler Objekte auf vordefinierte Ebenen dar (Fig. 1). Dabei erfassen unterschiedliche Befunde auch unterschiedliche Bereiche. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann dadurch eine Information über einen bestimmten räumlichen Bereich aus unterschiedlichen Befunden zusammengesetzt werden.

Die Fig. 2a, 2b und 2c sind verschiedene Darstellungen einer Röntgenaufnahme als Bilddokument, der daraus gewonnenen Meßpunkte sowie eine kombinierte Darstellung dieser Elemente. Jedes Bild hat ein eigenes lokales Koordinatensystem. Die Fig. 2c zeigt eine Überlagerung der Layers von Fig. 2a und 2b, wobei der Ursprung des lokalen Koordinatensystems das Nasion ist. Die x-Achse liegt auf der Sella, die y-Achse, die vom Nasion ausgeht und senkrecht zur x-Achse ist, ist projizierend dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt ein Gipsmodell, bei dem das lokale Koordinatensystem den Punkt Ins als Ursprung hat. Die x-Achse geht durch den Punkt M6. Die y-Achse geht durch Inz, ist senkrecht auf die x-Achse und projizierend dargestellt. Die Messungen beziehen sich auf das lokale Koordinatensystem, es wird eine Längeneichung über einen am Modell angebrachten Maßstab durchgeführt.

Das lokale Koordinatensystem des Modells muß in Relation zum lokalen Koordinatensystem des Fernröntgens gebracht werden. Dies erfolgt über die Strecke lnz-M6, wobei der Ursprung in Inz liegt. Im Idealfall stimmen Inz und M6 bei identen Befunden überein. Sollte die Distanz unterschiedlich sein, kann über einen zusätzlichen Korrekturfaktor eine Anpassung durchgeführt werden, das heißt die Längeneichung wird modifiziert.

Die Fig. 4 zeigt die Definition des globalen Koordinatensystems. Das globale Koordinatensystem ist notwendig, um nach einer Einstellung des Digitizers die Position des Stylus auf jedes beliebige Dokument mappen zu können. Bei dem Digitizer-Stylus handelt es sich um ein Gerät mit einer Abtastspitze, das es ermöglicht, die Position von bestimmten Punkten in Relation zu einem ortsfesten Koordinatensystem zu bestimmen. Dazu wird die Abtastspitze von der Bedienungsperson auf den zu bestimmenden Punkt 3

Claims (2)

1. AT 399 272 B gehalten und der Auslöseknopf betätigt. Über den im Stylus angeordneten 3D-Sensor wird dann die Position der Abtastspitze in Bezug aut eine ortsfeste Meßapparatur festgestellt. Der Ursprung des globalen Koordinatensystems ist das Nasion, die Sella liegt auf der x-Achse. Das lokale Koordinatensystem des Fernröntgens wird also mit dem Punkt Nasion am globalen Koordinatensystem orientiert, wobei die Linie Nasion-Sella parallel zur x-Achse des globalen Koordinatensystems definiert ist. Am lokalen Koordinatensystem des Fernröntgens ist wieder das lokale Koordinatensystem des Gipsmodells am Punkt Inz und der Linie lnz-M6 aufgehängt. Dadurch ist auch die Position der Punkte am Modell im globalen Koordinatensystem definiert, Nach der so durchgeführten Einrichtung der Koordinatensysteme ist eine Einblendung von Punkten, die mit dem Digitizer erfaßt worden sind, vom Fernröntgen oder von Punkten des Gipsmodells in ein Videobild des Schädels möglich, wobei die richtige räumliche Relation stets erhalten bleibt. Patentansprüche 1. Anordnung zur Darstellung eines Schädels mit einem optischen Abbiidungssystem, das eine Kamera und einen Monitor enthält und mit einem Sensor zur Erfassung der räumlichen Lage des Schädels, dadurch gekennzeichnet, daß ein Computer vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, ein räumliches Datenfeld, wie etwa die Position anatomisch charakteristischer Punkte, eine Röntgentomographie oder dgl., der jeweiligen Lage des Schädels zuzuordnen, um dieses Datenfeld lagerichtig gemeinsam mit einer optischen Darstellung am Monitor simultan und vorzugsweise überlagert darzustellen.
2. 2. Anordnung nach der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Lage des Schädels ein 3D-Sensor, vorzugsweise ein Magnet-Sensor, vorgesehen ist, der fest mit dem Schädel verbindbar ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 4